Un disco e composto da tracks (tracce) concentrici. Ogni traccia e divisa in settori. Quando si vuole leggere un settore di un disco:

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1 DISK SCHEDULING DISK PERFORMANCE PARAMETERS Un disc e cmpst da tracks (tracce) cncentrici. Ogni traccia e divisa in settri. Quand si vule leggere un settre di un disc: La testina mbile deve psizinarsi sulla traccia crretta SEEK TIME. E una quantita difficile da diminuire (csti fissi dell startup e del settling time); i migliramenti vengn dall avere dischi piu piccli e leggeri. La testina mbile deve aspettare che la rtazine la allinei cn il settre richiest ROTATIONAL DELAY. Seek time + Rtatinal delay = ACCESS TIME = temp necessari per essere in psizine per scrivere/leggere dati. L perazine di lettura/scrittura viene effettuata mentre il settre si muve stt la testina: TRANSFER TIME. A questi tempi si aggiungn le attese iniziali, vver: L attesa da parte del prcess che fa una richiesta di I/O rispett alla periferica (device) desiderata; L eventuale attesa di liberazine del canale tramite cui scambiare dati. Frmule: b N r Transfer time = T Seek time Ttal average Access time # f bytes t be transferred # f bytes per track rtatin speed, in revlutins per secnd b rn T s T s + 1 2r + b rn DISK SCHEDULING POLICIES Le plitiche di scheduling servn per miglirare il temp di seek (ricerca della traccia crretta) rispett ad una situazine randm. In un ambiente di multiprgrammazine, il S.O. manterra una cda di richieste per gni device di I/O. RANDOM SCHEDULING: selezinare richieste in md casuale dalla cda; perfrmance pessima, viene slamente usata cme benchmark;

2 FIFO (FIRST-IN-FIRST-OUT): la cda viene prcessata in rdine sequenziale. Tecnica fair (nesta); purtrpp se ci sn mlti prcessi che cmpetn per l access al disc la perfrmance sara simile a quella dell scheduling casuale. PRIORITY (PRI): il cntrll dell scheduling e al di furi dal cntrll del sftware di gestine del disc. LIFO (LAST-IN-FIRST-OUT): si avvantaggia del principi di lcalita (se e appena stata fatta una richiesta in una certa zna, e prbabile che la prssima richiesta sia vicina a quella zna); per c e il pericl di starvatin. SHORTEST SERVICE TIME FIRST (SSTF): selezina la richiesta che richiede il mviment piu piccl rispett alla psizine crrente della testina. (minimum seek time). SCAN: algritm pensat per prevenire la starvatin, e cnsciut cme l algritm dell ascensre. Il bracci della testina si muve in una sla direzine, sddisfacend tutte le richieste che trva man man che le incntra, fin a raggiungere la fine fin a che nn ci sn piu richieste in quella direzine (LOOK plicy). A quel punt si gira e ripete il prcediment nella direzine ppsta. Quest algritm nn sfrutta la lcalita, cme invece fann SSTF e LIFO. C-SCAN (circular SCAN): invece che muversi in tutte e due le direzini, il bracci va in una direzine sla. Quand arriva alla fine, trna all inizi e ricmincia da cap. Quest serve a ridurre il massim ritard sstenut dalle nuve richieste. N-step-SCAN e F-SCAN: per evitare che il bracci rimanga ferm trpp a lung ( arm stickiness ), cme pu succedere cn SSTF, SCAN e C-SCAN, la cda di richieste viene segmentata, e gni segment viene prcessat cmpletamente (cn SCAN) prima di passare al successiv. Nella plitica N-step-SCAN i segmenti sn sttcde di lunghezza N. Nella plitica F-SCAN vengn usate due sle sttcde; da quand si cmincia a prcessare una cda, tutte le richieste che arrivan vann nell altra (divisine in richieste nuve e vecchie). RAID Vista che la perfrmance di una memria secndaria nn pu essere piu di tant miglirata, allra si pssn usare cmpnenti multipli in parallel. Se si hann piu dischi, piu richieste pssn essere sddisfatte cntempraneamente (se i dati sn su dischi diversi); addirittura una singla richiesta pu essere eseguita in parallel se i dati che richiede sn spalmati su piu dischi. Usand dischi multipli, ci sn mlti mdi pssibili per rganizzarci i dati e per miglirare l affidabilita (tramite ridndanza). L industria si e cncentrata su un schema standardizzat per il design di database su dischi multipli; quest schema e cnsciut cme RAID (Redundant Array f Independent Disks). Il RAID e un schema frmat da 7 livelli, da 0 a 6. Nn e tuttavia una struttura gerarchica, ma evidenzia differenti architettura che hann in cmune 3 caratteristiche: 1. RAID e un insieme di dischi fisici visti dal S.O. cme un disc lgic singl. 2. I dati sn distribuiti (spalmati) sui dischi fisici dell array. 3. La ridndanza del disc e usata per memrizzare infrmazini di parita, che rendn pssibile il recuper dei dati in cas di rttura di un disc. (Raid 0 e 1 nn supprtan questa caratteristica)

3 RAID 0: i dati sn distribuiti tra i vari dischi che cmpngn l array. In particlare sn distribuiti a strisce (strips): in quest md dati cnsecutivi sn generalmente su dischi diversi. Nn c e parita, quindi nn e particlarmente affidabile. RAID 1: nn c e la parita, ma la ridndanza e ttenuta cmunque: gni dat e presente in due dischi. Per il rest e esattamente cme RAID 0, sl che gni strip e presente in due dischi fisici. RAID 2: la ridndanza viene ttenuta tramite cdici di Hamming. Viene usat la divisine dei dati a strisce, che in quest cas sn mlt piccle. I cdici di Hamming vengn memrizzati su dischi appsiti. Raid 2 nn ha una buna perfrmance e sarebbe utile slamente in cas di mlti errri del disc (i cdici di Hamming crreggn errri da 1 bit e rilevan errri di 2 bit). E un verkill e quindi nn viene usat. RAID 3: e rganizzat similarmente a Raid 2, ma qui e necessari un sl disc di parita, a prescindere da quant grande pssa essere l array. Invece di un cdice che pssa crreggere l errre qui viene memrizzat un sl bit di parita per gni insieme di bit che sn nella stessa psizine in tutti i dischi di dati. Se un disc fallisce, i sui dati si pssn recuperare grazie ai dati degli altri e ai bit di parita. RAID 4: anche qui ci sn le strips, per sn mlt grandi (cme anche in Raid 5 e 6). Per gni striscia crrispndente di gni disc (quindi per gni riga di strisce ) viene calclata una striscia di parita memrizzata nel disc di parita. Ogni perazine di scrittura cinvlge il disc di parita, e quest pu frmare un cll di bttiglia.

4 RAID 5: e cme il Raid 4, sl che la striscia di parita di ciascuna riga nn e in un disc predefinit; in quest md le strisce di parita vengn spalmate sui vari dischi, evitand csi il cll di bttiglia. RAID 6: due diversi calcli di parita vengn fatti e memrizzati in blcchi separati di diversi dischi. Quindi se l utente necessita di N dischi per i sui dati, per avere Raid 6 servirann N+2 dischi. C e una grssa penalita nella scrittura, vist che gni write cinvlge due blcchi di parita. UNIX SVR4 I/O In UNIX gni singl I/O device e assciat ad un file speciale (Unix e rientat ai files). Ci sn due tipi di I/O: cn buffer (passa attravers buffer di sistema) e senza buffer (cinvlge la facility DMA). L I/O bufferizzat usa due tipi pssibili di buffer: Buffer caches: le perazini di I/O cn il disc sn gestite attravers la buffer cache. Il trasferiment dalla buffer cache all spazi del prcess avviene attravers DMA. Per gestire la buffer cache, vengn mantenute 3 liste: Free list: slts (crrispnde a un settre del disc) della cache dispnibili per l allcazine. Gli slts vengn scelti cn metd LRU. Device list: lista di tutti i buffer crrentemente assciati cn ciascun disc.

5 Driver I/O queue: lista dei buffer che stann aspettand per ( che stann svlgend) I/O cn un particlare device. Character queues: quest tip di buffer serve per periferiche stream-riented. Viene usat il mdell prduttre/cnsumatre: quand un carattere viene lett, viene anche distrutt (invece la buffer cache si ispira al mdell lettre/scrittre e quindi la stessa csa pu essere letta piu vlte). L I/O nn bufferizzat (cie DMA tra la periferica e l spazi del prcess) e il metd piu velce per le perazini di I/O. Un prcess cllegat a I/O nn bufferizzat viene lckat in memria primaria, dalla quale nn pu venire spstat quest cntribuisce a ridurre la perfrmance a livell di sistema (mlti prcessi sn blccati in memria primaria). Inltre la periferica resta blccata per tutta la durata del trasferiment, rendendsi indispnibile per altri prcessi. LINUX I/O E mlt simile a Unix SVR4. Cme scheduler viene usat l algritm dell ascensre (Elevatr scheduler). Quest mantiene una singla cda per le richieste di lettura e scrittura. Le richieste vengn mantenute rdinate per numer di blcc e il bracci si muve in una sla direzine. La particlarita e che, quand una nuva richiesta si aggiunge alla cda, vengn cnsiderate in rdine 4 perazini: 1. Se la richiesta e sull stess settre ( su un adiacente) di una richiesta in pendenza, allra le due richieste sn fuse in una sla. 2. Se una richiesta nella cda e sufficentemente vecchia, la nuva richiesta viene inserita alla fine della cda; 3. Se c e una lcazine adatta, la richiesta e inserita in md cnfrme all rdinament; 4. Se nn c e una lcazine adatta, la richiesta e messa alla fine della cda. Rifinend ulterirmente l algritm di scheduling spra descritt, si giunge al Deadline scheduler: fa us di 3 cde. Ogni nuva richiesta viene messa nella cda rdinata, cme prima. Inltre, per, la stessa richiesta viene aggiunta alla fine di una cda FIFO (se e una read) alla fine di un altra cda FIFO (se e una write). Assciat ad gni richiesta c e una scadenza. Generalmente l scheduler usa la cda rdinata (e quand sddisfa una richiesta la elimina da entrambe le cde in cui cmpare) ma quand l ggett alla testa di una delle cde FIFO supera la sua scadenza allra viene eseguit (insieme ad un altr p di elementi della stessa cda). In quest md nn c e il prblema della starvatin e nemmen il cnflitt tra read e write. Un altr tip di scheduler e Anticipatry I/O scheduler, che cnsidera il fatt che dp una read mlt prbabilmente ce ne sara un altra nella stessa zna (per il principi di lcalita ), sl che bisgna dare il temp al prcess di richiederla. Per fare ci, quest scheduler usa un temp di attesa (di ritard) tra una richiesta e l altra. Se l stess prcess fa una richiesta mlt vicina alla precedente bene, altrimenti viene usat Deadline scheduler. In Linux e presente una page cache unificata che e cinvlta in tutt il traffic tra disc e memria primaria. I vantaggi sn che: quand e il mment riscrivere su disc pagine mdificate (dirty), ne viene presa una certa quantita e scritta efficientemente; inltre pagine nella cache verrann prbabilmente referenziate nuvamente prima di essere mandate via, risparmiand una perazine di I/O. Le pagine

6 mdificate vengn scritte su disc quand la memria libera va stt una certa sglia quand diventan trpp vecchie rispett a una certa sglia. WINDOWS I/O L I/O manager cnsiste di 4 mduli: 1. Cache manager: gestisce tutta la cache relativa al file system e a cmpnenti di rete. Lazy write: le pagine mdificate vengn scritte su disc sl quand il prcessre ha pc lavr; Lazy cmmit: cme il lazy write per quant riguarda il prcessing di transazini. 2. File system drivers; 3. Netwrk drivers; 4. Hardware device drivers. Windws ffre due mdalita per le perazini di I/O: Sincrn: l applicazine resta blccata fin a che l perazine I/O nn e cmpleta; Asincrn: l applicazine cntinua la sua esecuzine mentre attende il cmpletamente dell perazine di I/O; e piu efficiente, ma si rende necessari cmunicare al prcess quand l perazine e cnclusa; Windws frnisce 4 tecniche diverse: 1. Segnalare un device kernel bject; 2. Segnalare un event kernel bject; 3. Alertable I/O; 4. I/O cmpletin prts. Windws supprta due tiplgie di cnfigurazini RAID: 1. Hardware RAID: dischi fisicamente separati vengn visti cme un disc lgic; 2. Sftware RAID: spazi su disc nn cntigu viene cmbinat in una piu partizini lgiche dal driver FTDISK. APPENDIX: DISK DEVICES Un disc e una superficie circlare di metall plastica rivestita di materiale magnetic (=> disc magnetic). I dati sn scritti e letti grazie alla testina, che e stazinaria mentre il disc ruta stt di essa. Il disc e csi strutturat: Anelli cncentrici (tracks, tracce), gnun della stessa grandezza della testina; Gaps separan anelli adiacenti (per prevenire errri e interferenze); Ogni track e suddivisa in sectrs (settri) di dati. Pssn essere di grandezza fissa variabile; generalmente e fissa; Gaps separan settri adiacenti. Per far leggere gni bit all stess rate:

7 Cstant angular velcity: i gap intra-settri sn piu grandi man man che ci si allntana dal centr del disc si perde capacita di memrizzazine; Multiple zned recrding: gni settre cntiene l stess numer di bit, ma le tracks piu esterne cntengn piu settri rispett a quelle interne; i settri di tracks diverse sn disallineati (servn quindi dati ulteriri per identificare l inizi e la fine di ciascun settre). Caratteristiche fisiche: Testina fissa mbile: se e fissa, deve esserci una testina per traccia, altrimenti la testina e una sla e il bracci deve essere estendibile; Disc rimvibile nn rimvibile: un disc rimvibile pu esser spstat e rimpiazzat cn un altr. Quell nn rimvibile e mntat permanentemente nel disk drive (che cntiene bracci, testina, ecc...); Duble-side singe-sided: il rivestiment magnetic e applicat su due/un lati/; Single platter multiple platter: se multipl, il disc e frmat da una serie di dischi un spra l altr (divisi da pc spazi) cn una testina ciascun; Meccanism testina: la testina pu essere a cntatt cn il disc (cas del flppy disk), a una distanza fissata (fixed gap), gap aerdinamic (Winchester disk = hard disk; si appggia sulla superficie quand il disc e ferm e si alza quand cmincia a rutare; permette una maggire densita di dati perche stand vicina alla superficie la testina pu essere stretta). Optical memry: nel 1983 e stat intrdtt il CD (cmpact disk) musicale. CD e CD-ROM sn mlt simili. Il disc e frmat da una resina, cme ad esempi plicarbnat; viene creat cn un laser il master disk, che viene pi usat per creare le cpie. Le infrmazini vengn lette da un laser. I CD e CD-ROM nn rganizzan i dati in tracce cncentriche; invece hann una singla traccia a spirale che cmincia al centr del disc e va vers l estern. I settri vicin all estern sn di lunghezza uguale a quella dei settri all intern. Il laser legge a CLV (cnstant linear velcity). Il disc ruta piu lentamente per accessi vers l estern. Il CD-ROM e adatt per distribuire grsse mli di dati a un grande numer di utenti. CD-R (CD-recrdable): pu venire scritt sequenzialmente una vlta. CD-RW (cd rewritable): pu essere scritt e riscritt ripetutamente, cme un disc magnetic. Viene usat il metd di cambi di fase, che per alla lunga nn funzina piu (i cicli di scrittura sn tra i e ). DVD = digital versatile disk. Ci stann mltissimi dati, 7 vlte quelli di un cd. I bit sn messi mlt piu vicini tra lr su un DVD che su un CD. Il DVD pu avere due lati un singl. Anche i DVD sn sia in versine lettura che scrittura.